方框图语言在“计算机组成原理” 教学中的应用

汪宇玲，冷 璐，魏振华

(1.东华理工大学，江西 南昌 330013；2.南昌航空大学，江西 南昌 330063)

方框图语言在“计算机组成原理”教学中的应用

汪宇玲1，冷 璐2，魏振华1

(1.东华理工大学，江西 南昌 330013；2.南昌航空大学，江西 南昌 330063)

针对东华理工大学二本三本计算机类专业的培养目标及“计算机组成原理”课程教学内容的特点，结合教学经验及教学实践和探索，提出方框图语言在该课程教学中的意义、特点，并给出其符号定义及表示方法。通过“计算机组成原理”课程教学各知识点的教学实例，详细描述如何将方框图语言运用在该课程教学的教学设计及教学过程当中。方框图语言不仅对计算机组成原理及相关课程的教学有益，对其他课程的教学同样具有实践指导意义。

方框图语言; 计算机组成原理; 教学应用

课程教学是在教学思想指导下，按教学大纲的要求，完成既定的教学目标和教学内容，其实施过程受到多个方面、多种不同因素的影响。“计算机组成原理”课程是一门重要的专业基础课，内容较多，授课对象通常是刚接触专业课程的学生，课程内容对他们而言是陌生、有难度且枯燥的，老师往往要花更多的时间和精力来讲授[1-2]。相比其他专业课，计算机组成原理课程还算充足的48个理论教学课时仍然十分紧张，既要完成教学计划又要保证教学效果，这是两难的问题。

“计算机组成原理”作为计算机类专业的重要专业基础课程，在专业课程体系中有承上启下的作用，其教学目的主要是让学生掌握计算机系统的基本组成及工作原理[3-4]。笔者教过的历届学生常常反映该课程内容晦涩难懂，理解起来很吃力。即使老师上课讲得非常详细，上课时能听懂，但课后学生独立理解时，仍然无法理清思路。为了使学生能够充分掌握该门课程的各个重点和难点，调动学生的学习积极性与创新性，并为学生学习后续专业课程打下坚实基础，笔者不断研究摸索该课程的教学方法、教学形式等，提出在教学中采用方框图语言，并将其运用到该课程的各个知识重点和难点的课堂教学过程当中。

在东华理工大学计算机科学与技术专业连续多年的计算机课堂教学实践中运用方框图语言，学生反映更容易理解，且不容易忘记，既能对整个课程内容连贯性有准确的认识，又能深入理解并掌握部件的工作原理及重要概念，学生课后作业的准确率相比没有运用方框图语言讲授前有较大提高，而且有了扎实的理论基础，做实验能很快入手并能理解实验原理的学生也明显增多，切实有效地提高了该门课程的教学效果和教学质量。

1 方框图语言在教学中的意义及特点

“计算机组成原理”课程内容具有抽象性，看似是硬件课程，但主要讲授的是计算机的逻辑结构及其工作原理，并会涉及大量全新的专业术语，而这些内容对于学生来讲都是难懂、深奥的，在教学过程当中采用方框图语言能由难化易、由繁化简且重点突出，不仅能呈现各知识点的关联、层次，表现知识结构，而且能简单直观表现抽象繁杂的教学知识点，教学难度明显降低。

运用方框图语言能将各自独立的知识单元有机结合起来，帮助学生全面了解课程知识体系。课程的教学内容都具备纲要性，各教学知识单元也都存在不同程度的关联性，知识点逐层深入。运用方框图语言形成纲要框图来描述这种关联性能直观表达知识框架与脉络，避免了平铺直叙且繁复的纯文字表述，学生更容易明确各教学知识单元的关系及学习目的，不但有利于学生对新的教学内容的认知和吸收，而且有利于学生形成全局观念，这对于教学内容的深入理解和熟练掌握都十分有益。

方框图语言是行之有效的教学及学习工具。对于知识重点及难点，比如部件的工作原理，如果只是文字表述，学生很容易出现工作流程理解混乱、概念模糊不清等问题。教师采用方框图语言形成知识点框图展现工作流程及概念等，是对重点、难点的高度概括和提炼，用符号和少量简捷的文字进行直观描述，即简单清晰、容易理解，又印象深刻，学生能准确地抓住重点，不仅调动了学生上课的积极性，而且易于培养学生归纳提炼知识的能力。学生课后复习或全面复习时，自己再用方框图语言对知识点归纳总结，又是对所学知识的一种巩固、加深和提炼，也间接地训练了学生分析和解决问题的能力，提升了学生的学习方法及创新能力[5]。

方框图语言具备了强逻辑、高概括、简明扼要的特点，明显降低了教学难度，应用在课程教学中使各教学知识单元清晰连贯，有效提高了教学效果和质量。方框图语言的应用也方便了学生复习、归纳，学生的学习主动性增强，使学生的知识、能力、素质得到全面发展。

2 方框图语言的元素及表示

方框图语言主要有6种基本元素，其符号表示及意义如下：

为了能准确表达知识重点和难点，还定义了两个补充符号。符号“▲”用来表示教学知识重点，符号“★”用来表示教学知识难点，通常标注在元素的右上角。方框图语言的表示符号还可以根据课程特点及课程内容适当进行扩充，例如在表示工作流程时，如果出现有重复进行的工作，可以增加一个重复标志，借鉴数据字典的表示方法，可以采用符号“*”，也可以借鉴程序语言的表示，直接加一个“Repeat”标识。“*” 和“Repeat”尚未正式加入到方框图语言的语法符号中，这需要在实际教学工作中得到最终认可。这也体现了方框图语言的灵活性。

运用方框图语言能形成纲要框图和知识点框图。纲要框图主要是用来对课程知识体系或知识单元进行整体描述，用到的符号主要是矩形(节点)、圆角矩形(可选节点)、直线(关联)及两个补充符号，每个节点代表一个知识单元或知识点。知识点框图是对纲要框图各节点内容的展开，可以对部件的工作流程进行简单直观的描述，也可以呈现有直接关联或是意思相近容易混淆的概念[6]。

不论是纲要框图还是知识点框图，均可以分级呈现，这是借鉴了软件工程中数据流图分层结构的设计方法，同样采用“自顶向下逐层分解”的结构化分析思路[7]。分级描述避免了因教学内容过多，框图变得复杂的情况。因此，框图有0层框图、1层框图、2层框图等，层次的多少和课程内容的知识量相对应。

3 课程教学实践实例

3.1 纲要框图示例：指令系统知识单元

下图1是采用方框图语言表示的指令系统纲要框图，是对第四章指令系统知识单元各知识点的整体描述。从图中能一目了然知道知识单元主要有哪些知识点，明确知识重点是指令格式和寻址方式，知识难点是数据寻址。

纲要框图需预先按教学大纲的要求制作好，在课程的第一堂课时就呈现给学生，条件允许，可以将电子稿发给学生。课程教学过程中，每当开始讲授一个知识单元时就再呈现相应的纲要框图，每当结束一个知识单元时，可以和学生一起归纳总结并再一次画出纲要框图，这起到了对学习内容巩固加深的作用。

图1 采用方框图语言表示的指令系统纲要框图

图1也可以分级描述。0层纲要框图的顶部节点通常和课程相对应，1层纲要框图的顶部节点通常和章对应，2层纲要框图的顶部节点通常和节对应，以此类推。因此，图1进行分级描述能呈现的是1层纲要框图和2层纲要框图，如图2和图3所示。比较3幅图，很明显分级层次纲要框图简单明了，分解了学生的学习压力，方便了教与学。

图2 1层纲要框图示例

图3 2层纲要框图示例

3.2 知识点框图示例：指令周期

在教学过程中，可以使用数据通路图或指令工作过程示意图来详细解释指令的指令周期，使学生加深理解，但归纳复习、强调重点时这种表示法就过于繁琐。可以采用方框图语言表示指令周期，如图4所示，一个工作框表示指令执行的一个CPU周期，方框中的内容表示数据通路操作或某种控制操作；菱形符号表示的决策或测试是指对指令译码后所执行操作的判别，时间上它不单独占用一个CPU周期，而是依附于紧邻它的前一个CPU周期。“～”符号表示一条指令执行结束，转入公操作。实际应用于计算机控制器设计时，也采用方框图语言表示。

图4 采用方框图语言表示指令周期

4 结束语

在课程教学中运用方框图语言，能将各个教学知识点涉及到的概念、术语、工作原理及逻辑关系简明清晰地表示出来，十分有利于学生对难以理解的一些专业知识重点难点的吸收、理解和掌握，经过连续几年的本科教学尝试，学生对此是接受和肯定的。不论是在新课讲授，或是习题课、复习课，采用方框图语言进行讲授，同样能提高教学效果，加强学生对知识点的理解和掌握。

方框图语言应用于课程教学，其重点是要提炼教学内容，简化表达，理顺知识流程，并能构思设计好表达准确的方框图，这对课堂准备提出了研究性的高要求，教师如何运用方框图语言简化地直观表达教学内容，而又不失精准逻辑性，这是一项需要长期的不断研究、探索和完善的工作。其实，不论是何种课程，都需要进行知识提炼，教学内容都存在相似的逻辑关系，因而方框图语言不仅能成功应用在“计算机组成原理”课程教学中，同样能够推广应用到其他相关课程，甚至在其他专业课程当中。

[1]石争浩,赵明华,李鹏,等. 计算机组成和体系结构课程教学改革的探索与实践[J]. 教学研究,2013(3): 64-67.

[2]周亚平,王斌,金卫根. 生命科学导论课程教学中存在的问题及解决对策[J]. 东华理工大学学报：社会科学版, 2012(6): 172-174.

[3]姚玉霞,刘晓彦,随庆茹,等. 计算机组成和体系结构实践教学改革的探索与探讨[J]. 计算机教育, 2010(2): 142-143.

[4]吴东华. 浅谈“计算机组成原理”课堂教学方法改革[J]. 科技信息, 2012(1): 367,380.

[5]肖静,余颖,张道海. 立足机器人竞赛 促进创新训练与实践教学改革[J]. 东华理工大学学报：社会科学版, 2013(6): 189-192.

[6]张雅军. 浅析软件工程中的数据流图的画法[J]. 天津职业院校联合学报, 2008(2): 70-73.

[7]李现车,张艳. Proteus仿真在微机原理及接口技术教学中的应用[J]. 实验技术与管理, 2010(12): 125-127.

Block Diagram Language and Its Application in the Teaching of Structured Computer Organization

WANG Yu-ling1, LENG Lu2, WEI Zheng-hua1

(1.EastChinaInstituteofTechnology,Nanchang330013,China;2.NanchangHangkongUniversity,Nanchang330063,China)

In view of the training objectives of the second batch and the third batch in ECIT, in connection with the course characteristics of Structured Computer Organization and the authors’ teaching experience of many years, this paper proposes the significance and characteristics of the block diagram language in this course teaching and gives its sign definition and expressing way. Through two course teaching examples of Structured Computer Organization, the paper describes in detail how to use the block diagram language in the teaching design and teaching process. Block diagram language benefits to both the related courses of Structured Computer Organization and other courses.

Block diagram language; Structured Computer Organization; application in the course teaching;

汪宇玲， 冷璐， 魏振华.方框图语言在“计算机组成原理” 教学中的应用[J].东华理工大学学报：社会科学版，2014，33(2)：186-189.

Wang Yu-ling, Leng Lu, Wei Zheng-hua.Block Diagram Language and Its Application in the Teaching of Structured Computer Organization[J].Journal of East China Institute of Technology(Social Science)，2014，33(2)：186-189.

G642

A

1674-3512(2014)02-0186-04